[发明专利]一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法有效

专利信息
申请号: 201510229781.6 申请日: 2015-05-08
公开(公告)号: CN104833972B 公开(公告)日: 2017-09-19
发明(设计)人: 武俊杰;任建宇;包毅;杨建宇;黄钰林 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: G01S13/90 分类号: G01S13/90
代理公司: 成都宏顺专利代理事务所(普通合伙)51227 代理人: 周永宏
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 基地 调频 连续 合成孔径雷达 频率 成像 方法
【权利要求书】:

1.一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法,具体包括如下步骤:

步骤一:获取回波信号并进行预处理;

步骤二:对回波信号进行去调频并移除残余视频相位;

步骤三:对移除残余视频相位的回波信号进行补余距离徙动校正;

步骤四:对补余距离徙动校正后的回波信号进行二次距离压缩,一致距离徙动校正和位置偏移校正;

步骤五:方位压缩;

步骤六:对信号方位向进行逆傅里叶变换,得到最终的聚焦图像;

步骤一中,获取回波信号并进行预处理的步骤为:成像系统参数初始化;双基地调频连续波SAR回波信号建模;计算回波信号的二维频谱;分解回波信号的二维频谱;

成像系统参数初始化的具体实现方式为:

设双基地调频连续波SAR频率变标成像系统的发射站的位置坐标为(xT,yT,hT),其中,xT、yT和hT分别为发射站的x轴、y轴和z轴坐标;接收站零时刻位置坐标为(xR,yR,hR),其中xR、yR和hR分别为接收站的x轴、y轴和z轴坐标;波束中心位于场景坐标原点处时记为零时刻,平台速度为v,场景中任一点目标的位置坐标为P(x,y);

双基地调频连续波SAR回波信号建模的具体实现方式为:

计算双基地调频连续波SAR的双程距离延时:双程距离延时记为ηd,发射信号在任意方位向时间η通过发射站发射,然后在时间η+ηd通过接收站接收,RT(η;x,y)代表从发射站到点目标的瞬时斜距,RR(η+ηd;x,y)代表从点目标到接收站的瞬时斜距;双基地调频连续波SAR的双程距离延时表示为其中,

RT(η;x,y)=(rTcosθST)2+v2(η-yv)2-2rTv(η-yv)tanθST]]>

RR(η+ηd;x,y)=(rRcosθSR)2+v2(η+ηd-yv)2-2rRv(η+ηd-yv)tanθSR]]>

c为电磁波传播速度,rT,rR分别为发射站和接收站与点目标P(x,y)的最近斜距,且θST,θSR分别为零时刻发射站与接收站的斜视角,且θST=arctan(|yT-y|/rT),θSR=arctan(|yR-y|/rR);

回波信号表示为:

s(τ,η;x,y)=exp(jπKr(τ-ηd)2)exp[j2πf0(τ-ηd)]

其中,Kr为发射信号的调频斜率,f0为发射信号的载频,τ为距离向时间;

计算回波信号的二维频谱具体实现方式如下:

利用广义Loffeld模型以及驻定相位定理,求得双基地调频连续波SAR的点目标二维频谱:

ΦG(f,fη)=2παc[rTFT(f,fη)+rRFR(f,fη)]-2π(fηT(fη)fKr+fηR(fη)fKr)+2π(fηT(fη)rTtanθSTv+fηR(fη)rRtanθSRv)-2π[fηT(fη)ηc+fηR(fη)ηc]-2(f+f0)ηc+2πfηyv]]>

其中ηc=α(rTref+rRref)/c,rTref和rRref分别为发射站与接收站的参考斜距;

FT(f,fη)=(f+f0)2-[vc(f+f0)+cfηT(fη)αv]2]]>

FR(f,fη)=(f+f0)2-[vc(f+f0)+cfηR(fη)αv]2]]>

fη为多普勒频率,fηT(fη)和fηR(fη)分别是分配给发射站和接收站的多普勒频率:

fηT(fη)=fηcT+fηrTfηr(fη-fηc)-fηrTfη3-fη3Tfηrfηr3(fη-fηc)2]]>

fηR(fη)=fηcR+fηrRfηr(fη-fηc)-fηrRfη3-fη3Rfηrfηr3(fη-fηc)2]]>

其中

fηcT=-f+f0cdRT(η)dη|η=0fηcR=-f+f0cdRR(η+ηd)dη|η=0]]>

fηrT=-f+f0cd2RT(η)2|η=0fηrR=-f+f0cd2RR(η+ηd)2|η=0]]>

fη3T=-f+f0cd3RT(η)3|η=0fη3R=-f+f0cd3RR(η+ηd)3|η=0]]>

和fηc=fηcT+fηcR,fηr=fηrT+fηrR,fη3=fη3T+fη3R

分解回波信号的二维频谱,具体实现方式如下:

对双基地调频连续波SAR的二维频谱的各个组成部分进行相关分析,并分解;

将FT(f,fη)和FR(f,fη)利用泰勒公式在f=0处展开到二阶:

FT(f,fη)=DTf0+1-μ1Tμ2TDTf-(μ1T-μ2T)22f0DT3f2]]>

FR(f,fη)=DRf0+1-μ1Rμ2RDRf-(μ1R-μ2R)22f0DR3f2]]> 2

其中,

DT=1-μ1T2μ1T=vc+cfηT(fη)αvf0μ2T=vc]]>

DR=1-μ1R2μ1R=vc+cfηR(fη)αvf0μ2R=vc]]>

ΦG(f,fη)被分解为

ΦG(f,fη)=ΦAC(fη)+ΦRCM(f,fη)+ΦRL(f)

RC(f,fη)+ΦAL(fη)

其中

ΦAC(fη)=2π(αrTDTf0c+αrRDRf0c)]]>

ΦRCM(f,fη)=2π[αrT(1-μ1Tμ2T)cDT+αrR(1-μ1Rμ2R)cDR]f]]>

ΦRL(f)=-2π(f+f0)ηc-2π[-fηT(fη)Kr-fηR(fη)Kr]f]]>

ΦRC(f,fη)=π1Kmf2=π[-αrT(μ1T-μ2T)2cf0DT3-αrR(μ1R-μ2R)2cf0DR3]f2]]>

ΦAL(fη)=2π[2fηT(fη)rTtanθSRv-fηT(fη)ηc-fηR(fη)ηc+fηyv]]]>

ΦAC(fη)是方位压缩因子;ΦRCM(f,fη)是随距离频率变化的线性项;ΦRL(f)代表常数的距离偏移和距离不变的距离走动项;ΦRC(f,fη)是距离频率的二阶项,代表二次距离压缩;

距离向调频率Km是方位频率的函数且在距离多普勒域随距离变化

Km=1-αrT(μ1T-μ2T)2cf0DT-αrR(μ1R-μ2R)23cf0DR3]]>

ΦAL(fη)代表点目标聚焦后在成像空间中的方位定标,常数的方位偏移和点目标P(x,y)与场景中心之间沿飞行轨迹的位置差。

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